## Jurnal Pendidikan Universitas Garut
Fakultas Pendidikan Islam dan Keguruan Universitas Garut ISSN: 1907-932X
Pendekatan Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) untuk Meningkatkan Kemampuan Pemecahan Masalah Fisika Siswa pada Konsep Tekanan Hidrostatis
Isti Fuji Lestari Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Garut istifujilestari@uniga.ac.id

## Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk  mengetahui peningkatan kemampuan pemecahan  masalah  fisika  siswa  melalui  pendekatan  STEM  pada  konsep tekanan  hidrostatis.  Penelitian  dilakukan  di  salah  satu  SMA  Negeri  di Kabupaten  Garut  pada  tingkat  kelas  XI  Ilmu  Alam  dengan  jumlah  sampel sebanyak  40  siswa.  Jenis  penelitian  ini  adalah  pre  eksperimen  dengan rancangan  one  shoot  pretest-posttest  group.  Data  kemampuan  pemecahan masalah  fisika  siswa  diperoleh  dari  hasil  tes  awal  (pretest)  dan  tes  akhir (posttest)  kemampuan  pemecahan  masalah fisika  yang  berbentuk  soal uraian konsep  tekanan  hidrostatis.  Hasil  penelitian  yang  diperoleh  setelah diterapkannya  pendekatan  STEM  yaitu  peningkatan  kemampuan  pemecahan masalah  fisika  siswa  berdasarkan  nilai  N-Gain  sebesar  0,67  dengan  kategori sedang. Hal tersebut menunjukkan bahwa penerapan pendekatan STEM dapat meningkatkan  kemampuan  pemecahan  masalah  fisika  siswa  pada  konsep tekanan hidrostatis.
Kata  kunci:  kemampuan  pemecahan  masalah  fisika;  pendekatan  STEM; tekanan hidrostatis;

## 1. Pendahuluan
Seiring  perkembangan  era  abad  21  yang  merupakan  abad  dengan  perkembangan teknologi  yang  pesat  mendorong  siswa  untuk  memiliki  kemampuan  pemecahan masalah  (OECD,  2012).  Fisika  sebagai  salah  satu  mata  pelajaran  di  sekolah menengah merupakan mata pelajaran yang mendasari perkembangan teknologi maju dan  konsep  hidup  harmonis  dengan  alam.  Tujuan  dan  fungsi  mata  pelajaran  fisika sendiri diantaranya untuk memupuk sikap ilmiah, menguasai konsep-konsep fisika, serta  penerapannya  guna  menyelesaikan  masalah  dalam  kehidupan  sehari-hari  dan teknologi  (BSNP,  2006).  Namun  kenyataan  di  lapangan  menunjukkan  hasil  yang berbeda  dengan  tujuan  yang  diharapkan.  Berdasarkan  hasil  studi  pendahuluan  di
www.journal.uniga.ac.id
salah  satu  SMA  menunjukkan  bahwa  siswa  tidak  banyak  berperan  aktif  dalam pembelajaran.  Hal  ini  berimplikasi  pada  rendahnya  kemampuan  siswa  dalam memecahkan  masalah  terutama  pemecahan  masalah  dalam  bidang  fisika.  Oleh karena  itu, diperlukan  upaya  untuk  meningkatkan  kemampuan  pemecahan  masalah fisika siswa melalui sebuah pembelajaran yang tepat.
Salah  satu  pembelajaran  yang  berpotensi  untuk  dijadikan  alternatif  adalah pembelajaran yang menggabungkan scientific process dan engineering process yaitu pendekatan  STEM.  Pembelajaran  dengan  pendekatan  STEM  dapat  memberikan siswa  pengalaman  belajar,  pembelajaran  aktif,  dan  bermakna  secara  kontekstual (Quang,  dkk.,  2015).  Pendekatan  STEM  dapat  memberikan  pengaruh  yang  positif terhadap  pembelajaran  siswa  (Becker,  2011).  Integrasi  pendekatan  STEM  dalam pembelajaran  mendorong  siswa  untuk  membangun  pengetahuan  baru  dan kemampuan  pemecahan  masalah  untuk  memecahkan  masalah  dunia  nyata  (Fortus, dkk., 2005). Kemampuan pemecahan masalah siswa juga dapat ditingkatkan melalui program terintegrasi STEM pada interdisiplin aljabar/sains, walaupun tidak terdapat perbedaan  yang  signifikan  antara  siswa  yang  mendapat  integrasi  STEM  dengan siswa yang mendapatkan aljabar saja (Elliot, dkk., 2001).
Pendekatan STEM yang digunakan dalam pembelajaran ini merupakan pendekatan pembelajaran  yang  terintegrasi  dalam  model  pembelajaran  berbasis  pengalaman (Kolb,  1984).  Siswa  diharapkan  menggunakan  konsep  multidisipliner  STEM  dan praktiknya untuk memecahkan masalah (Wang, dkk., 2011).
Kemampuan pemecahan masalah fisika yang digunakan dalam penelitian  ini terdiri dari  kemampuan  memfokuskan  masalah,  mendeskripsikan  masalah,  merencanakan solusi  pemecahan  masalah,  menggunakan  solusi  pemecahan  masalah,  dan mengevaluasi  solusi  pemecahan  masalah  (Heller  &  Heller,  2010).  Pengintegrasian pendekatan  STEM  dalam  model  pembelajaran  berbasis  pengalaman  terhadap kemampuan pemecahan masalah fisika siswa disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Pengintegrasian pendekatan STEM terhadap Kemampuan Pemecahan Masalah Fisika dalam Pembelajaran
Pendekatan STEM Kemampuan Pemecahan Masalah Deskripsi Kegiatan Menyajikan isu/permasalahan yang berkaitan produk teknologi Memfokuskan masalah; Mendeskripsikan masalah Siswa mengemukakan dan menjelaskan  pengalamannya  yang berhubungan  dengan  permasalahan mengenai  penghematan  listrik  pada suatu perumahan dengan menerapkan prinsip tekanan hidrostatis. Mengajukan pertanyaan Mendeskripsikan masalah Siswa  mengamati  dan  mengajukan
Vol. 13; No. 01; 2019; 215-221
dan melakukan pengamatan ( scientific process ) pertanyaan  demonstrasi  pengaruh ketinggian  dan  massa  jenis  zat  cair terhadap  ketinggian  yang  dilakukan oleh guru. Merancang solusi pemecahan masalah dengan membuat desain produk teknologi ( design ) Merencanakan solusi Siswa  merumuskan  konsep  tekanan hidrostatis  menggunakan  persamaan matematis. Siswa  mulai  merancang  ( design ) produk  teknologi  dengan  tahapan sebelumnya sebagai acuan. Membuat remodeling produk teknologi sesuai dengan analisis sistem dan konsep yang dipelajari ( construct and test ) Menggunakan solusi; Mengevaluasi solusi Siswa  melakukan hands-on  activity secara  berkelompok  untuk  membuat ( construct ) remodeling produk teknologi  sederhana  berupa public water supply system sesuai rancangan yang  telah  dibuat  untuk  kemudian dipresentasikan dan dievaluasi.
Jolly  (2014)  mengungkapkan  enam  karakteristik  dalam  pembelajaran  STEM diantaranya sebagai berikut:
a. Pembelajaran STEM berfokus pada isu dan permasalahan dunia nyata.
b. Pembelajaran STEM dipandu oleh engineering design process.
c. Pembelajaran STEM membenamkan siswa pada hands-on activity dan open- ended exploration.
d. Pembelajaran STEM melibatkan siswa pada kerja kelompok yang produktif.
e. Pembelajaran  STEM  menerapkan  konten  matematika  dan  sains  yang  tepat dalam pembelajaran.
f. Pembelajaran  STEM  memperbolehkan  beberapa  jawaban  yang  benar  dan menggunakan kegagalan sebagai bagian penting dari pembelajaran.
Semua  titik  yang  berada  dalam  bidang  datar  yang  sama  di  dalam  zat  cair  yang sejenis memiliki tekanan total yang sama, hal ini sesuai dengan bunyi hukum pokok hidrostatis.  Tekanan  hidrosatis  sebanding  dengan  kedalaman  zat  cair  tersebut, semakin dalam zat cair maka tekanannya akan semakin besar. Prinsip pada tekanan hidrostatis  ini  yang  menjadi  acuan  siswa  untuk  menyelesaikan  permasalahan  yang dihadapinya.

## 2. Metodologi
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode pre eksperimen dengan rancangan one  shoot  pretest-posttest  group. Metode  pre  eksperimen  ini  dipilih karena sesuai dengan tujuan penelitian yang hanya ingin melihat dampak penerapan pendekatan  STEM  terhadap  peningkatan  kemampuan  pemecahan  masalah  fisika siswa,  tanpa  menguji  efektivitasnya  jika  dibandingkan  dengan  perlakukan  lain
www.journal.uniga.ac.id
(Cresswell, 2014;  Fraenkel dkk., 2012). Populasi yang dipilih yaitu seluruh kelas XI Ilmu  Alam  di  salah  satu  SMA  Negeri  di  Kabupaten  Garut  yang  berjumlah  lima kelas.  Teknik  pengambilan  sampel  yaitu  dengan  cara  mengambil  satu  kelas  secara acak  ( random  class )  karena  tidak  memungkinkan  jika  diambil  sampel  individu secara acak dan merubah formasi siswa di kelas yang sudah ada. Sehingga diperoleh sampel kelas XI A3 yang berjumlah 40 siswa.
Data yang diperoleh dalam penelitian ini berupa data kuantitatif yang diperoleh dari tes  kemampuan  pemecahan  masalah  fisika  siswa.  Teknik  pengumpulan  data menggunakan tes dengan soal kemampuan pemecahan masalah fisika berbentuk soal uraian.  Peningkatan  kemampuan  pemecahan  masalah  fisika  siswa  diukur menggunakan  gain  yang  dinormalisasi  ( N-Gain ).  Hal  ini  bertujuan  untuk menghindari  kesalahan  dalam  menginterpretasi  perolehan gain masing-masing siswa. Persamaan perhitungan N-Gain tersebut adalah sebagai berikut
N-Gain =
Selanjutnya N-Gain tersebut  diinterpretasikan  berdasarkan  kategori  yang  disajikan pada Tabel 2
Tabel 2. Interpretasi Nilai Rata-rata N-Gain (Hake, 1998)
Nilai <g> Kategori (<g>) ≥ 0,70 Tinggi 0,3 ≤ (<g>) < 0,7 Sedang (<g>) < 0,3 Rendah

## 3. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan  didapatkan  hasil  peningkatan  kemampuan pemecahan masalah fisika siswa pada tekanan hidrostatis dari perhitungan nilai rata- rata Gain sebesar 6,53 dengan nilai pretest sebesar 5,25 dan posttest sebesar 11,78 (nilai  maksimum  sebesar  15).  Perolehan  rata-rata Gain kemudian  dinormalisasi  ke dalam  nilai N-Gain hasilnya  sebesar  0,67.  Jika  hasil  hasil N-Gain ini  dikonfirmasi dengan  kategori  dari  Hake  (1998),  maka  peningkatan  kemampuan  pemecahan masalah  fisika  siswa  pada  konsep  tekanan  hidrostatis  termasuk  dalam  kategori sedang.
Hasil  analisis  kemampuan  pemecahan  masalah  tiap  indikator  pada  konsep  tekanan hidrostatis disajikan pada Gambar 1.
Vol. 13; No. 01; 2019; 215-221
Gambar 1. Rata-rata N-Gain Kemampuan Pemecahan Masalah Fisika Siswa Tiap Indikator
Berdasarkan  Gambar  1  rata-rata N-Gain yang  diperoleh  dikonfirmasi  ke  dalam kategori  yang  dikembangkan  oleh  Hake  (1998),  maka  indikator  yang  dengan kategori  tinggi  secara  berturut-turut  adalah  mendeskripsikan  masalah  (0,81), merencanakan solusi (0,80), menggunakan solusi (0,74), dan memfokuskan masalah (0,71).  Indikator  dengan  kategori  sedang  yaitu  mengevaluasi  solusi  (0,50).  Secara umum  kemampuan  pemecahan  masalah  fisika  siswa  pada  konsep  tekanan hidrostatis  setiap  indikator  mengalami  peningkatan  dengan  kategori  tinggi  sebagai dampak dari penerapan pendekatan STEM pada konsep tekanan hidrostatis. Temuan ini mendukung pernyataan Berry (2012) bahwa integrasi STEM dalam pembelajaran dapat meningkatkan kemampuan pemecahan masalah.
Berdasarkan  Gambar  1  dapat  dilihat  bahwa  kemampuan  pemecahan  masalah  pada konsep  tekanan  hidrostatis  mengalami  peningkatan  paling  tinggi  pada  indikator mendeskripsikan  masalah  yaitu  sebesar  0,81  dan  mengalami  peningkatan  paling rendah  pada  indikator  mengevaluasi  solusi  yaitu  sebesar  0,50.  Hal  ini  diasumsikan indikator mendeskripsikan masalah dilatihkan secara maksimal dalam pembelajaran melalui pendekatan STEM. Siswa dituntut untuk memahami masalah terlebih dahulu sebelum  dapat  memecahkan  masalah  yang  dihadapi.  Masalah  yang  hendak dipecahkan dalam proses pembelajaran ini yaitu  bagaimana cara menghemat listrik di  suatu  perumahan  agar  mendapatkan supply air  dengan  tekanan  yang  sama  di setiap  rumah  dengan  memanfaatkan  prinsip  tekanan  hidrostatis.  Hal  ini  sesuai dengan  karateristik  dalam  pembelajaran  STEM  yang  berfokus  pada  isu  dan permasalahan di dunia nyata (Jolly, 2014).
0.71 0.81 0.80 0.74 0.50 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 R ata -r ata N -Gain k em am p u an p em ec ah an m asalah f is ik a sis w a p ad a k o n sep tek an an h id ro statis
Pada  kegiatan hands-on ,  siswa  membuat  suatu  produk  teknologi  sederhana  berupa public water supply system sederhana atau tower air sesuai dengan rancangan yang telah dibuat, seperti pada Gambar 2. Alat dan bahan yang dibutuhkan dalam proses pembuatan,  diantarnya  botol  besar,  kayu,  5  buah  botol  kecil, cutter ,  selang,  paku, palu, perekat. Siswa menguji keberhasilan produk tersebut dengan mengisi air pada penampungan utama, kemudian memperhatikan jarak pancaran air yang keluar dari setiap  saluran  air  di  bawahnya.  Jika  air  dapat  mengalir  dengan  baik  dan  jarak pancaran air merata, produk tersebut dapat dikatakan berhasil.
Gambar 2. Produk teknologi sederhana yang dibuat oleh siswa

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  dilakukan,  maka  dapat  disimpulkan  penerapan pendekatan  STEM  secara  siginifikan  dapat  lebih  meningkatkan  kemampuan pemecahan masalah fisika siswa pada konsep tekanan hidrostatis. Adapun besarnya peningkatan  kemampuan  pemecahan  masalah  fisika  siswa  rata-rata  yang ditunjukkan  oleh  N-Gain  sebesar  0,67  dengan  kategori  sedang.  Namun  demikian, masih  ada  beberapa  kendala  yang  muncul  dalam  penerapan  pendekatan  STEM  ini sehingga  masih  perlu  penelitian  lebih  lanjut.  Salah  satu  saran  untuk  penelitian selanjutnya  adalah  pengaturan  waktu  pembelajaran  yang  lebih  baik  agar  setiap tahapan pembelajaran dapat dioptimalkan.
Vol. 13; No. 01; 2019; 215-221

## Daftar Pustaka
Becker, K.  dan  Park,  K . (2011).  Effect  of  Integrative Approaches  Among  Science, Technology,  Science,  Engineering  and  Mathematics  (STEM)  Subject  and Students  Learning:  A  preliminary  Meta-Analysis .  Journal  of  STEM
Education, 12(5), hlm. 23-37. BSNP. (2006). Standar Isi untuk Satuan Pendidikan Dasar dan Menengah. Jakarta: Depdikbud. Creswell,  J.W.  (2014). Research  Design:  Quantitave,  Qualitative,  and  Mixed Methods Approaches. United Stated of America: SAGE Publications. Elliot,  dkk.  (2001).  The  effect  of  Interdisciplinary  Algebra/Science  Course  on Students  Problem  Solving  Skills,  Critical  Thinking  Skill,  and  Attitude Toward  Mathematics. International  Journal  of  Mathematical  Education  in Science and Technology, 32(6), hlm. 811-816. Fortus,  D.,  dkk.  (2005).  Design-based  science  and  Real  World  Problem  Solving. International Journal of Science Education, 27(7), hlm. 855-879. Fraenkel,  J.R.,  Wallen,  N.E.,  dan  Hyun,  H.H.  (2012). How  to  design  and  evaluate research in education eighth edition. New York: McGrow Hill Company.
Hake,  R.  (1998).  Interactive-engagement  versus  traditional  methods:  A  six thousand-student  survey  of  mechanics  test  data  for  introductory  physics courses. Am. J. Phys. 66 (1).pp.64-74. Heller,  K.  &  Heller,  P.  (2010). Cooperative  Problem  Solving  Physics  A  User’s Manual Why? What? How?. University of Minnesota with Support from the National  Science  Foundation,  University  of  Minnesota,  and  U.S.
Department of Education.
Jolly,  Anne.  (2014).  Six  Characteristic  of  a  Great  STEM  Lesson .  Education  Week Teacher. Diakses dari https://www.edweek.org/tm/articles/2014/06/17/ctq_jolly_stem.html Kolb,  D.  A.  (1984). Experiential  Learning:  Experience  as  The  Source  of  Learning and Development. New Jersey: Prentice Hall. OECD.  (2014). PISA  2012  Result:  Creative  Problem  Solving:  Students  Skills  in Tackling Real Life Problems (Volume V). PISA: OECD Publishing. Quang,  L.X.  dkk.  (2015).  Integrated  Science,  Technology,  Engineering  and
Mathematics  (STEM)  Education  through  Active  Experience  of  Designing Technical  Toys  in  Vietnamese  Schools. British  Journal  of  Education,
Society and Behaviuoral Science, 11(2), hlm. 1-12. Wang,  H.,  dkk.  (2011).  STEM  integration:  Teacher  Perceptions  and  Practice. Journal of Pre-College Engineering Education Research, 1(2), hlm. 1-13.